Seltene Erden: Bakterien und Proteine könnten Lieferketten unabhängiger machen

Forscher arbeiten an neuer Methode zur Abtrennung der industriell wichtigen Elemente.

Seltene Erden sind essentielle Bestandteile zahlreicher Technologien. Doch bevor sie verarbeitet werden können, müssen die 17 einander ähnlichen Elemente, die zudem in sogenannte schwere und leichte Vertreter aufgeteilt sind, eine aufwendige Trennung durchlaufen. China dominiert diesen Prozess seit Jahrzehnten. Für unabhängigere Lieferketten werden daher weltweit neue und teils umweltfreundlichere Methoden zur Separierung entwickelt.

An der Penn State University in den USA wird dafür auf ein Protein gesetzt. LanD, so der Name, wird von der Bakterienart Methylobacterium extorquens hergestellt, das die Rohstoffgruppe der Lanthanoiden, zu der die meisten Seltenen Erden zählen, für seinen Stoffwechsel nutzt. Das Protein hat daher den Forschern zufolge die Fähigkeit, Seltene Erden unter wässrigen Bedingungen selektiv abzutrennen. Besonders bevorzuge es dabei die leichten Seltenen Erden Neodym und Praseodym, heißt es weiter. Die leichten Vertreter der Rohstoffgruppe kommen weltweit häufiger vor als die schweren, sind jedoch von unterschiedlichem Wert für die Industrie. Cer und Lanthan etwa haben viele Anwendungsgebiete, das Angebot übersteigt allerdings die Nachfrage. Neodym hingegen ist zunehmend gefragt aufgrund seiner tragenden Rolle für Elektromobilität, Windkraft und Unterhaltungselektronik, zugleich kommt es seltener vor als Cer und Lanthan. Ähnliches gilt für Praseodym, das häufig zusammen mit Neodym eingesetzt wird.

„Übertrifft derzeitige Industriestandards“

Die Wissenschaftler hatten zuvor bereits ein weiteres Protein namens LanM identifiziert, das sich spezifisch an Seltenerdelemente und nicht an andere Metalle bindet (wir berichteten). Die bisher untersuchten LanM-Proteine könnten gut zwischen schweren Seltenen Erden unterscheiden, aber weniger effektiv die leichten Vertreter abtrennen. Das neu entdeckte LanD hingegen übertreffe in letzterer Hinsicht sogar die derzeitigen Industriestandards, erklärt Projektleiter Joseph Cotruvo. Den Forschern ist es nach eigenen Angaben gelungen, diese Eigenschaft noch zu optimieren.

Das Trennverfahren soll nun weiterentwickelt für den Einsatz im großtechnischen Maßstab. So könnten etwa LanD und LanM zusammen zur Aufbereitung von Rohmaterial wie Erz genutzt werden, das verschiedene Seltene Erden enthält. Auch die Extrahierung der Rohstoffe aus Quellen wie Elektroschrott und industriellen Nebenprodukten sei denkbar, ebenso die umweltfreundliche und kostengünstige Gewinnung anderer Elemente.

Mehr zu Bakterien und Bergbau: Neben Proteinen können auch Bakterien selbst neue Wege zur Separierung Seltener Erden beitragen. Forschungen hierzu laufen unter anderem an der Cornell University in den USA. Zur Gewinnung der Technologiemetalle Gallium und Indium mithilfe von Mikroorganismen wird in Deutschland geforscht, Bakterien werden dabei zu Bergleuten.

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